-
Die Erfindung betrifft eine Spulenvorrichtung für die zerstörungsfreie
Werkstoffprüfung nach dem Magnetpulververfahren zum Erzeugen eines von zumindest
einer Seite frei zugänglichen, nahezu homogenen magnetischen Längsfeldes mit Hilfe
von Gleich-oder Wechselstrom. Derartige Vorrichtungen dienen zur Magnetisierung
der Prüflinge vor deren Bespülen oder Besprühen mit Prüfmittel. Das im Prüfmittel
enthaltene oder das Prüfmittel bildende Magnetpulver bleibt an den Oberflächenfehlerstellen
der magnetisierten Prüflinge infolge des Kraftlinienaustritts an den Kanten der
Fehlerstellen in verstärktem Maße haften, so daß es die Fehlerstellen markiert.
-
Zur Erzeugung von magnetischen Längsfeldern in Prüflingen werden
zwei Arten von Vorrichtungen benutzt, von denen eine auf der Anwendung eines Joches
und die andere auf der Anwendung einer Spule beruht. Innerhalb dieser beiden Arten
von Vorrichtungen ist noch eine weitere Unterteilung in Gleichstromjoch und Wechselstromjoch
für die eine Art und in Gleichstromspule und Wechselstromspule für die andere Art
gegeben.
-
Das massive Eisenjoch zur Magnetisierung mit einem Gleichfeld ist
nur in beschränktem Rahmen brauchbar, weil es für das Verfahren der sogenannten
Induktionsdurchfiutung, für die ein magnetisches Wechselfeld die Voraussetzung ist,
nicht benutzt werden kann. Überdies ist die Herstellung des Gleichstromjoches relativ
aufwendig infolge der bei der mechanischen Fertigung des Joches erforderlichen Bearbeitung
und der für die Siromversorgung notwendigen Gleichrichter, wenn, wie allgemein üblich,
für die Stromversorgung Wechselstrom zur Verfügung steht.
-
Das Wechselstromjoch zur Erzeugung eines Wechselfeldes kann für die
Induktionsmagnetisierung eingesetzt werden. Auch entfallen die beim Gleichstromjoch
notwendigen Gleichrichter. Trotzdem übersteigen die Fertigungskosten für das Wechselstromjoch
bei weitem die Fertigungskosten für das Gleichstromjoch. Das Wechselstromjoch muß
nämlich aus einer Vielzahl von Blechlamellen zusammengesetzt werden, wie es auch
beim Aufbau von Transformatorenkernen üblich ist. Gegenüber dem hierdurch bedingten
Mehraufwand im Vergleich zum Gleichstromjoch fällt die Einsparung der Gleichrichter
kaum ins Gewicht.
-
Wesentlich weniger aufwendig ist die Verwendung von Spulen zur Erzeugung
von magnetischen Gleich- oder Wechselfeldern. Hier ist der Wechselstromspule der
Vorzug zu geben, da mit ihrer Hilfe die Induktionsdurchflutung durchgeführt werden
kann, die Gleichrichter entfallen können und bei gleicher Leistung gegenüber der
Gleichstromspule eine verstärkte Oberflächenwirkung bei der Magnetisierung zu verzeichnen
ist.
-
Für die kombinierte Prüfung von Werkstücken auf Längs- und Querfehler
werden Universal-Prüfgeräte verwendet, in denen die Prüflinge außer einer Längsmagnetisierung
mittels der vorstehend erwähnten Vorrichtungen noch einer Ringmagnetisierung unterworfen
werden, die durch Stromdurchflutung bewirkt wird. Für die Stromdurchflutung müssen
die Prüflinge zwischen zwei Kontakten eingespannt werden. Diese bestehen meist aus
verstellbaren Eisenstangen, welche außer als Hilfsmittel für die Stromdurchflutung
noch dazu dienen, Werkstücke, die im Verhältnis zu ihrem Querschnitt kurz sind,
magnetisch
zu verlängern. Diese Maßnahnie ist bei der Verwendung einer Spule für die Längsmagnetisierung
wichtig, um die Scherung des magnetischen Kreises bei der Prüfung von Teilen, die
viel kürzer sind als es der Spulenlänge entsprechen würde, möglichst gering zu halten.
-
Die Fig. 1 und 2 zeigen schematisch die beiden bekannten Arten von
Universal-Prüfgeräten für die kombinierte Prüfung unter Längs- und Ringmagnetisierung,
und zwar F i g. 1 eine Vorrichtung, bei der die Längumagnetisierung durch ein Joch
bewirkt wird und Fig. 2 eine Vorrichtung mit einer Spule für die Längsmagnetisierung
des Prüflings.
-
Bei der Vorrichtung nach Fig. 1 ist das Joch durch zwei U-förmige
Jocharme Jt und Je gebildet, deren Schenkel verschieden lang sind. Mit ihren längeren
Schenkeln sind die durch eine Isolation 1 voneinander getrennten Jochteile J1 und
J2 in die Magnetisierungsspule S einführt, während sie mit den Enden der kürzeren
Schenkel zueinander hin gerichtet sind. Die kürzeren Schenkel des Jochs sind als
Durchflutungsanschlüsse für die Ringmagnetisierung des Prüflings ausgebildet, zwischen
welche der Prüfling einspannbar ist. Sie sind durch Durchbrechungen in den Stirnseiten
einer Wanne W in deren Innenraum hineingeführt. Von der offenen Seite der Wanne
W her ist der Zwischenraum zwischen den Durchfiutungsanschlüssen frei zugänglich
für die Einführung des Prüflings P, der innerhalb der Wanne W zwischen die Durchfiutungsanschlüsse
D eingespannt und mittels der Bespülung B mit Prüfmittel bespült werden kann. Die
Wanne W dient zum Auffangen des Prüfmittels.
-
Auch bei der Ausführungsform nach F i g. 2 sind die Durchflutungsanschlüsse
D durch Durchbrechungen in einander gegenüberliegenden Wandungen einer Wanne W in
das Wanneninnere hineingeführt.
-
In diesem befindet sich noch die Magnetisierungsspule S, welche den
Prüfling P und die Bespülung B aufzunehmen hat. Wie F i g. 2 erkennen läßt, gestaltet
sich die Zuführung und Entnahme des Prüflings sowie dessen Bespülung mit Prüfmitteln
bei einem Gerät mit einer Spule für die Längsmagnetisierung sehr lästig und zeitraubend
gegenüber einem Gerät mit Jochmagnetisierung. Demgegenüber ist aber das mit einer
Spule für die Längsmagnetisierung versehene Gerät wesentlich weniger aufwendig in
der Herstellung als das Jochgerät.
-
Die Verwendung sogenannter Helmholtz-Spulen für die Längsmagnetisierung
könnte hier auch keine Abhilfe schaffen. Eine Helmholtz-Spule besteht aus zwei zu
einer gemeinsamen elektrischen Energiequelle parallel oder in Reihe geschalteten
Spulen, die unter einem der Länge des zu erzeugenden Magnetfeldes entsprechenden
Abstand in Längsrichtung fluchtend zueinander angeordnet sind. Zwar würde der Zwischenraum
zwischen den Spulen, in dem ein magnetisches Feld erzeugt wird, für die Beschickung,
Bespülung und Entnahme der Prüflinge zur Verfügung stehen und leicht zugänglich
sein, jedoch würde das Magnetfeld zwischen den Spulen nur dann hinreichend homogen
sein, wenn der Abstand zwischen den Spulen nicht größer sein würde als der Spulenradius.
Diese Bedingung würde zu nicht annehmbaren Spulenabmessungen führen, welche das
ganze Gerät unproportioniert machen würden.
-
Die großen Spulen abmessungen würden überdies den Energiebedarf für
die Erzeugung der für die
Prüfung erforderlichen Feldstärke auf
ein Mehrfaches des Bedarfs eines Gerätes mit normal großen Spulen steigern.
-
Der Erfindung hat die Aufgabe zugrunde gelegen, eine für die zerstörungsfreie
Werkstoffprüfung bestimmte Vorrichtung zum Erzeugen eines nahezu homogenen magnetischen
Längsfeldes mit Hilfe von Gleich-oder Wechselstrom zu schaffen, unter Ausnutzung
der Vorteile, welche die Verwendung einer einfachen Spule für diese Zwecke hinsichtlich
der Einfachheit der Herstellung bietet, bei welcher die Spulenanordnung trotz Homogenität
des mittels ihr erzeugten Magnetfeldes annehmbare Abmessungen aufweist und das erzeugte
magnetische Feld an mindestens einer Seite frei läßt für die bequeme Einführung,
Bespülung und Entnahme des Prüflings, so daß bei Verwendung der Vorrichtung für
die kombinierte Prüfung unter Längs- und Ringmagnetisierung die gleichen Vorteile
gegeben sind wie bei einem Jochgerät, ohne jedoch dessen Nachteile gegenüber Spulenvorrichtungen
in Kauf nehmen zu müssen.
-
Die Spulenvorrichtung gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
daß sie aus nur einer Spule mit gleichsinnig gewickelten Windungen oder Windungsgruppen
besteht, die unter Freilassung eines der gewünschten Magnetfeldlänge entsprechenden
Spulenmittelabschnittes in jeweils gleicher Zahl an den Enden der Spule koaxial
angeordnet sind und daß die an den Spulenmittelabschuitt angrenzenden Windungen
bzw. Windungsgruppen beider Spulenenden auf jeweils etwa die Hälfte ihrer Windungslänge
entlang der der frei zugänglichen Magnetfeldseite gegenüberliegenden Magnetfeldhälfte
zum gegenüberliegenden Spulenende hin abgewinkelt sind, dabei den Spulenmittelabschnitt
mit die Spulenendabschnitte verbindenden und mit einem Schenkel in Spulenmitte quer
zum Magnetfeld verlaufenden Haibwindungen in einer die Homogenität des Magnetfeldes
gewährleistenden Anzahl überbrückend.
-
Bei einer vorzugsweisen Ausführungsform einer Vorrichtung nach der
Erfindung beträgt der Radius der Windungsgruppen an den Spulenenden höchstens S
des Abstandes zwischen diesen Gruppen.
-
Nach einem weiteren Erfindungsgedanken wird in die Spule von der
frei zugänglichen Seite her eine Wanne eingesetzt, die an den Stirnseiten Durchführungsöffnungen
für eine Spanneinrichtung mit Kontakten für die Stromdurchfiutung der Prüflinge
aufweisen kann und oberhalb der zweckmäßigerweise die Bespülungseinrichtung mit
dem Prüfmittel augeordnet sein kann.
-
Im folgenden ist eine beispielsweise Ausführungsform einer Vorrichtung
nach der Erfindung an Hand der Fig. 3 und 4 beschrieben, welche schematisch eine
solche Vorrichtung in einfacher Ausführung (F ig. 3) und in vervollständigter Ausführung
(F i g. 4) zeigen.
-
Die Spule nach Fig.3 besteht aus zur Spulenlängsachse XX senkrecht
angeordneten, schematisch wiedergegebenen Windungsgruppen la und lb an jedem Spulenende,
die einen Abstand a voneinander haben, der zumindest der Länge entspricht, auf die
das von der Spule zu erzeugende magnetische Längsfeld an einer Längsseite frei zugänglich
belassen werden soll. Bei der Verwendung der Spule für die Längsmagnetisierung eines
Prüflings bei der zer-
störungsfreien Werkstoffprüfung entspricht dieser Abstand
der Länge des längsten noch einzubringenden Prüflings. Um die beiden Windungsgruppenla
üüd 1 b miteinander zu verbinden, sind Windungsteile lc der Windungsgruppen la und
ib an den an die frei zu lassende Seite der Spule, welche bei der dargestellten
Ausführungsform die nach F i 9. 3 oben angeordnete Seite ist, angrenzenden Seiten
in Richtung auf die Spulenmitte hin abgebogen, so daß sie schräg entlang einander
gegenüberliegender Seiten des zu-erzeugenden magnetischen Feldes verlaufen bis zur
Spulenmitte, wo sie an der der frei zu lassenden Spuleriseite gegenüberliegenden,
gemäß Fig.3 unteren Seite mit einem Windungsteil ld quer zum zu erzeugenden Feld
und senkrecht zur Spulenlängsachse X-X zur anderen Spulenseite hinübergeführt sind,
entlang welcher sie schräg zur am anderen Spulenende befindlichen Windungsgruppe
1 a bzw. 1 b verlaufen.
-
Auf diese Weise hat die Spule eine Form erhalten, welche im Spulenmittelbereich
einen wannenförmigen Raum frei läßt, der von zumindest einer Seite her unbehinderten
Zugang zum zu erzeugenden magnetischen Längsfeld läßt, wobei die dargestellte und
wiedergegebene Ausführungsform den Zugang zum magnetischen Feld auch an den beiden
Seiten zum großen Teil frei läßt. Trotzdem wird mit dieser Spule ein hinreichend
homogenes und starkes magnetisches Längsfeld erzeugt.
-
Die erfindungsgemäße Form der Spule gestattet es, eine nach einer
Seite hin offene Wanne 2 in den vom magnetischen Fluß ausgefüllten Raum einzubringen
zur Schaffung einer Magnetisierungsvorrichtung für Prüflinge, wie sie in Fig. 4
gezeigt ist. Bei dieser Ausführungsform ist die Wanne 2 an den Stirnseiten durchbrochen,
um die Spanneinrichtung 3 mit den Kontakten für die Stromdurchfiutung der Prüflinge
4 einführen zu können, so daß die Vorrichtung für die kombinierte Prüfung auf Längs-
und Querrisse geeignet ist.
-
Der Prüfling kann von oben her frei in die Wanne 2 eingeführt werden
und mittels der Einrichtung 5 mit Prüfmittel bespült werden, wobei die Wanne 2 zum
Auffangen des Prüfmittels dient. Die Zugänglichkeit zur Einspannstelle des Prüflings
ist bei dieser Ausführungsform genau so gut wie bei den bekannten Geräten mit Jochmagnetisierung,
ohne daß jedoch die hohen Herstellungskosten für die Jocheinrichtung in Kauf genommen
werden müssen.